四維時(shí)空下星球公轉(zhuǎn)和軌道共面現(xiàn)象分析

1、四維時(shí)空下星球公轉(zhuǎn)和軌道共面現(xiàn)象分析張一陽1) 張西震2) 1)（ 單縣 274300）2)（政協(xié)單縣委員會(huì) 單縣 274300）摘 要力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因.若改變一個(gè)物體的勻加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),使這種勻加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)成為相對的靜止?fàn)顟B(tài),顯然,則需要一個(gè)力.基于此,及基于我們給出的力的實(shí)質(zhì),我們便可以在時(shí)間形態(tài)理論下對星球公轉(zhuǎn)的成因和軌道共面現(xiàn)象分析,在通過相關(guān)公式求證的同時(shí),進(jìn)一步描繪了時(shí)間這個(gè)“上帝之手”作用于宇宙萬物的形式.關(guān)鍵詞 四維時(shí)空;天體物理;類引力作用;公轉(zhuǎn);水星進(jìn)動(dòng);軌道共面現(xiàn)象 中圖分類號:041 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:APACS: 95.30.-k;96.30.-t;,98.80.-

2、k 張西震.E-mail: zxz.1111 引 言 宇宙模型,是對宇宙的大尺度時(shí)空結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形態(tài)和物質(zhì)演化的理論描述.因此,嚴(yán)格地說,四維時(shí)空下的宇宙模型1 中的描述并不是一個(gè)完整系統(tǒng)的理論描述,只是作為宇宙模型的大尺度時(shí)空結(jié)構(gòu)的初步確定.在時(shí)間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算2一文中我們還指出:“所謂的萬有引力,也并不是連牛頓本人都不贊同的超距作用,或者所謂的引力場作用,而是一個(gè)物體相對于另一個(gè)物體共同的對它們之間的空間的占據(jù).物體本身的質(zhì)量和對空間占據(jù)的相對加速度可以用力來計(jì)量,于是把這種可計(jì)量誤作為了是相互吸引的力而推導(dǎo)出萬有引力公式.是一個(gè)物體相對于另一個(gè)物體共同的對它們之間的空間的

3、占據(jù)”,那么,這種占據(jù)下星球?yàn)槭裁磿?huì)有公轉(zhuǎn)、軌道共面等天體運(yùn)動(dòng)形態(tài)的產(chǎn)生呢？ 2 四維宇宙模型中的動(dòng)態(tài)類引力作用2.1動(dòng)態(tài)類引力類向心力的公式表達(dá)力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因.顯然,若改變一個(gè)物體的勻加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),使這種勻加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)成為相對的靜止?fàn)顟B(tài),則需要一個(gè)力.由于一個(gè)物體相對于另一個(gè)物體共同的對它們之間的空間的占據(jù)隨時(shí)發(fā)生,若要改變這種占據(jù),則需要一個(gè)方向相反的力.按照力的作用是相互的這一思路,我們就把這種在三維知覺下體現(xiàn)在物體之間的勻加速靠近叫類引力.在時(shí)間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算一文中曾推導(dǎo)如下:因?yàn)榧铀俣仁俏矬w和地球之間的加速度,力的作用是相互的,即物體和地球同時(shí)受到大小相

4、同方向相反的力.所以根據(jù)公式:,該加速度可寫作公式: （23）即: （24）將公式（22）代入即: （25）（其中,表示半徑為地球的質(zhì)量. 也可表示半徑為物體的質(zhì)量,表示半徑為物體的質(zhì)量.）若兩個(gè)物體之間因有另外物體的支撐或牽引一直保持其距離不變,該距離即視為值,若忽略支撐或牽引的物體本身的影響,該公式即為物體受力的相對完整表達(dá)公式.在長度單位取m、時(shí)間單位取s的情況下,若質(zhì)量單位取kg計(jì)量,則該力的單位為N. 2同理,相對運(yùn)動(dòng)著的星球之間也會(huì)存在著類引力作用,我們可以叫做動(dòng)態(tài)類引力.設(shè)小球體D做直線運(yùn)動(dòng)飛離大球體E,四維圖像正視圖如圖1:圖1 小球體直線運(yùn)動(dòng)飛離大球體的四維圖像Figure

5、1 Four dimensional image of a small ball flying away from a large ball in a straight line motion三維圖像正視圖如圖2圖2 小球體直線飛離大球體的三維知覺圖像Figure 2 Three dimensional perceptual image of a small ball flying straight away from a large ball雖然兩個(gè)球體之間并沒有物體的支撐或牽引,但由于小球D的飛離使得兩個(gè)球體之間的三維知覺距離保持不變,同時(shí),結(jié)合力的實(shí)質(zhì)的界定和“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因

6、”,則可以認(rèn)為有一個(gè)方向相反的力改變著質(zhì)量為m物體的加速度a,即球體受到一個(gè)指向球體中心方向的力.顯然,該加速度也依然可以寫作公式（22）而相對于球體E,球體D若保持在三維知覺下相對的距離不變,則該類引力可寫作: (34) 同理,相對于球體D,球體E若保持在三維知覺下相對的距離不變,則也有一個(gè)類引力 （35）因?yàn)檫@種類引力就是三維知覺下我們所言的向心力,向心力公式表達(dá)為: （36）因?yàn)槲矬w對空間的占據(jù)是以質(zhì)心為發(fā)力點(diǎn)的占據(jù),在公式（36）中,物體是作為質(zhì)點(diǎn)來看待的,r表示兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)的距離,因此嚴(yán)格意義上,這個(gè)距離為兩個(gè)球體質(zhì)心的距離即公式（36）中的r用公式表達(dá)為: （37）視公式（36）中m為

7、球體D的質(zhì)量,將公式（36）（37）代入（34）可得 (38)即:即: （39）該公式即為環(huán)繞做圓周運(yùn)動(dòng)的所需速度公式,其中,表現(xiàn)為相互靠近應(yīng)為負(fù)值,應(yīng)取絕對值,即公式（39）應(yīng)寫作:（m/s） （40）2.2動(dòng)態(tài)類引力作用的形式及太陽系中部分天體運(yùn)行現(xiàn)象基于2.1中的動(dòng)態(tài)類引力的作用下,我們可以得出如下運(yùn)行現(xiàn)象:2.2.1一個(gè)原本在三維知覺中做勻速直線運(yùn)動(dòng)的密度相同的球體,若不相對于其他密度相同的球體的位置而言,則該球體在三維知覺中一直做勻速直線運(yùn)動(dòng).這一點(diǎn),我們在7.1.1中2已經(jīng)說明.2.2.2一個(gè)原本在三維知覺中做勻速直線運(yùn)動(dòng)的密度相同的球體,相對于三維知覺中視為靜止參照物另一個(gè)密度相

8、同的球體而言,若運(yùn)動(dòng)的路徑經(jīng)過這兩個(gè)球體平衡距離之內(nèi),則該球體在經(jīng)過的過程中,會(huì)發(fā)生直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變的情況,即向該參照物球體方向的彎曲.2.2.3一個(gè)原本在三維知覺中做勻速直線運(yùn)動(dòng)的球體,相對于三維知覺中視為靜止參照物另一個(gè)球體而言,若運(yùn)動(dòng)的路徑不經(jīng)過這兩個(gè)球體平衡距離之內(nèi),則該球體會(huì)發(fā)生直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變的情況,即向該參照物球體方向的反方向彎曲.2.2.4據(jù)2.2.2球體運(yùn)動(dòng)的路徑經(jīng)過這兩個(gè)球體平衡距離之內(nèi),該球體在經(jīng)過的過程中,雖然會(huì)發(fā)生直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變的情況,即向該參照物球體方向的彎曲.但同時(shí),球體運(yùn)動(dòng)的過程中還有未經(jīng)過這兩個(gè)球體平衡距離之內(nèi)的運(yùn)動(dòng),即這種運(yùn)動(dòng)可看做2.2.3的情形,

9、即向該參照物球體方向的反方向彎曲.而最終朝那個(gè)方向彎曲取決于這兩個(gè)方向彎曲的程度的大小.1）若向該參照物球體方向的彎曲的程度大于反方向彎曲的程度,則最終向該參照物體方向彎曲.2）反之,則最終向該參照物球體方向的反方向彎曲.2.2.5據(jù)2.2.2可知,兩個(gè)原本在三維知覺中做勻速直線運(yùn)動(dòng)的球體,若不以其中一個(gè)球體為靜止的參照物,視為它們相互運(yùn)動(dòng),若運(yùn)動(dòng)的路徑經(jīng)過這兩個(gè)球體平衡距離之內(nèi),則這兩個(gè)球體在經(jīng)過的過程中,會(huì)發(fā)生直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變的情況,即同時(shí)向另一個(gè)球體方向的彎曲.而據(jù)2.2.4可知,最終的彎曲也有兩種情況:1）最終向另一個(gè)球體方向彎曲,2）最終向另一個(gè)球體的反方向彎曲.2.2.6 當(dāng)球體直

10、線運(yùn)動(dòng)發(fā)生彎曲飛離另一個(gè)球體后,若該球體再度遭遇另外的球體,則依然可能發(fā)生2.2.2-2.2.5的情況,2.2.7上文 2.2.6一種特殊情況為則該球體有可能圍繞兩個(gè)或多個(gè)球體做周而復(fù)始的繞行運(yùn)動(dòng).如哈雷彗星可認(rèn)為是該情況.2.2.8上文2.2.2一種特殊情況為,該球體的速度符合公式（40）的情況下,該球體會(huì)圍繞參照物球體做周而復(fù)始的繞行運(yùn)動(dòng).如太陽系的八大行星圍繞太陽的公轉(zhuǎn)可認(rèn)為是該情況,而太陽系中離太陽越遠(yuǎn)的行星,軌道速度越小則初步驗(yàn)證了公式（40）的正確性.3 光壓的作用和其它的作用力及部分天體運(yùn)行現(xiàn)象再分析據(jù)公式（40）,若忽略其他因素影響,C值的表達(dá)公式為: （41）若太陽半徑取值6

11、963000（km）,一個(gè)天文單位取值149597870（km）,A取值為1.000000768在已知行星半徑、軌道速度、平均距離的情況下,我們則可算出C值的約數(shù)如表1:表1:Table 1:行星半徑（km）軌道速度(km/s)平均距離（天文單位）C值水星243947.890.387金星605235.030.723地球637829.791.000火星339724.131.524木星7149413.075.205土星602689.699.576天王星255596.8119.18海王星247645.4330.13據(jù)該表我們發(fā)現(xiàn),C值并不為常數(shù),我們通常意義上命名的類地行星和類木行星的C值都會(huì)隨著離

12、太陽距離的增大而減小,而類木行星的C值還會(huì)出現(xiàn)大于類地行星的C值的現(xiàn)象.可以認(rèn)為這是我們物理學(xué)已經(jīng)給出的答案:光壓的作用.光照射在物體上,把動(dòng)量傳遞給物體,表現(xiàn)為光壓.光壓的大小與光的動(dòng)量密度、表面的反射系數(shù)以及入射角有關(guān).當(dāng)光垂直照射于完全吸收的物體上,表面所受光壓強(qiáng)即等于p.當(dāng)光垂直照射于一個(gè)完全反射面時(shí),光壓等于2p.也可從光子具有動(dòng)量出發(fā)得到相同的結(jié)果.如陽光照在身體上,不僅會(huì)感覺發(fā)暖,亦有壓力,只是因?yàn)楦杏X器官的限制而感覺不到.這個(gè)壓力在微重力環(huán)境下會(huì)有相對比較明顯的影響.比如:光壓的值雖然很小,但對環(huán)繞地球的人造地球衛(wèi)星來說,時(shí)間長了會(huì)使它逐漸偏離軌道.據(jù)時(shí)間形態(tài)理論可知,并沒有萬

13、有引力,就八大行星而言,光壓是作用于各行星的.這是熵使物體之間的距離變大之外的作用,由于類木行星體積較類地行星大許多,盡管距太陽較類地行星更遠(yuǎn),但接受光照的面積大,因此壓力相對較大,所以會(huì)出現(xiàn)類木行星的C值有的會(huì)大于類地行星的C值的現(xiàn)象.至此,我們便可以進(jìn)一步理解太陽系各行星之所以圍繞太陽公轉(zhuǎn)是作勻速直線運(yùn)動(dòng)的星球在類向心力和光壓的共同作用下產(chǎn)生的現(xiàn)象,即就各行星的軌道速度而言,各行星應(yīng)在更小半徑的軌道上運(yùn)行,而光壓的作用使各行星的公轉(zhuǎn)軌道半徑增大,并達(dá)到了一種平衡.各行星的衛(wèi)星之所以圍繞各行星運(yùn)行也是如此.而就水星的進(jìn)動(dòng)而言,則可以認(rèn)為,當(dāng)水星靠近太陽的時(shí)候所受到的光壓變大,推動(dòng)水星遠(yuǎn)離,而

14、遠(yuǎn)離太陽的時(shí)候受到的光壓變小,使水星靠近太陽,水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象因而產(chǎn)生.4 多體類引力作用下行星軌道共面現(xiàn)象分析太陽系行星軌道共面現(xiàn)象也是類引力的作用所導(dǎo)致,這種類引力作用不是兩個(gè)物體之間的類引力作用,我們把這種類引力作用為稱為多體類引力作用.該多體類引力作用遵循矢量平行四邊形法則和三角形法則.為更便于理解,特贅述如下:參照時(shí)間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算27.2對力的實(shí)質(zhì)的理解部分的證明全過程,設(shè)有靠在一起的4個(gè)小球小球1、2、3、4,它們半徑和質(zhì)量相等,小球的密度均勻,半徑記作r,質(zhì)量記作m,排列方式如圖3:圖3 小球排列示意圖 圖4 小球受力及運(yùn)動(dòng)分析圖Figure 3 Arra

15、ngement of small balls Figure 4 Force and motion analysis chart of small ball以小球2為例,小球2在受到小球1施加的推力的作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)在1個(gè)單位時(shí)間內(nèi)將向右由A移動(dòng)到B, 小球2在受到小球3施加的推力的作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)在1個(gè)單位時(shí)間內(nèi)將向上由A移動(dòng)到C,因?yàn)锳C=BD,因此也可看做小球2在移動(dòng)到B以后,再由B向D移動(dòng),即小球2受到一個(gè)由A到D方向上的力做勻加速運(yùn)動(dòng).即可認(rèn)為符合三角形法則和平行四邊形法則3.如圖4.為便于理解,也可證明如下：設(shè)有靠在一起的6個(gè)小球小球1、2、3、4、5、6,它們半徑和質(zhì)量相等,小

16、球的密度均勻,半徑記作r,質(zhì)量記作m,排列方式如圖5: 圖5 小球排列示意圖 圖6 受力及運(yùn)動(dòng)分析圖Figure 5 Arrangement of small balls Force and motion analysis chart參照圖4中的正方形ABCD及其含義,我們則可做出如圖6的圖形,矩形ABEF中AF則可看做是AE和AB的合力,也可看作是AD和DF的合力,即三角形法則.因?yàn)镈F和AG都是豎直向上的力,大小相等,因此AF則可看做是AD和AG的合力.因?yàn)锳G、DF為矩形ABEF的兩條邊上的線段,即AG平行于DF,且AG=DF,所以AGFD為平行四邊形,所以,平行四邊形法則成立.證畢.現(xiàn)

17、假設(shè)太陽系中太陽及兩顆行星的原軌道示意圖如圖7,其中,1、2、3、4表示其中的一顆小行星相對于另一顆大行星位置變化的四種形式.就形式2、4和形式1、形式3分別做正視圖如圖8、9、10圖7 太陽系中太陽及兩顆行星的原軌道示意圖Figure 7 The original orbits of the sun and two planets in the solar system圖8 小行星相對于大行星位置變化形式2、4正視圖Figure 8 Position change of asteroid relative to major planet 2, 4 front view圖9 小行星相對于大行星

18、位置變化形式1正視圖Figure 9 Position variation of asteroid relative to major planet 1 front view圖10 小行星相對于大行星位置變化形式3正視圖Figure10 Position variation of asteroid relative to major planet 3 front view如圖8,就形式2、4而言,以太陽為參照物,若視為大行星相對于太陽而言的類向心力和做勻速運(yùn)動(dòng)的達(dá)到平衡,只考慮類向心力不考慮平衡狀態(tài)勻速運(yùn)動(dòng)的反向作用,則可認(rèn)為大行星和太陽位置在1個(gè)單位時(shí)間內(nèi)相對的位移,在圖中表示為FH,該位移

19、可看做大行星向FE和EH的位移,也可看做是向FI和IH的位移.由于小行星和太陽在正視圖中圓心處于同一位置,則同時(shí)還會(huì)有類向心力作用,在1個(gè)單位時(shí)間內(nèi)相對的位移在圖中表示為HG.顯然這種改變只是軌道半徑的改變,而不是大行星和小行星軌道面的改變.同理,如圖9,就形式1而言,以太陽為參照物,在太陽的類引力作用下,大行星和太陽位置在1個(gè)單位時(shí)間內(nèi)相對的位移在圖中表示為FH,在小行星的類引力作用下,則可認(rèn)為向FE方向上的位移的基礎(chǔ)上,還有一個(gè)ED的位移,即以太陽為參照物,大行星和太陽位置在1個(gè)單位時(shí)間內(nèi)相對的位移在圖中表示為FG.同理,小行星以太陽為參照物,小行星和太陽位置在1個(gè)單位時(shí)間內(nèi)相對的位移在圖

20、中表示為MO. 顯然這種改變已不只是軌道半徑的改變,而同時(shí)還有大行星和小行星軌道面的改變,這種軌道面的改變是向軌道共面方向的改變.而圖10中,就形式3而言,也會(huì)存在大行星和小行星軌道面的改變的情況,這種軌道面的改變是反向軌道共面的方向的改變.盡管兩顆行星的位置不同,但相對于太陽而言是相同的距離,所有兩圖中的MN相等、FJ相等,同時(shí),因兩顆行星相對位置的變化,形式3下的KL和ED小于形式1下的KL和ED,因此這種反向于軌道共面方向的改變要小于向軌道共面方向的改變.當(dāng)這種改變不斷的積累起來,便會(huì)形成太陽系行星軌道共面現(xiàn)象或接近共面現(xiàn)象.從類引力作用的角度也可作上述分析,得出上述結(jié)論.其他情況可參照

21、該分析進(jìn)行,在此不贅述.三個(gè)以上的多體也可參照該分析進(jìn)行,在此不贅述.與太陽系行星軌道共面現(xiàn)象同理,包括銀河系在內(nèi)的星系共面現(xiàn)象也是多體類引力作用所導(dǎo)致.在此不贅述.結(jié) 語“盡管萬物之理難以企及，但是，追求美是人類的天性，追求一個(gè)統(tǒng)一的萬物之理便是這種天性在物理學(xué)中的體現(xiàn)”4.“睜大你的眼睛尋求宇宙的真正本質(zhì)一直是物理學(xué)的最基本目的之一”513.在愛因斯坦遺憾地把未完成的“統(tǒng)一理論”交給后人后，作為弦理論領(lǐng)軍人物的布賴恩格林和作為圈量子引力的創(chuàng)始人李斯莫林和面對自己的“統(tǒng)一理論”卻又不得不寫下這樣的語言，如布萊恩格林在宇宙的結(jié)構(gòu)中如此坦言：“徹底地理解時(shí)間和空間已成為最令物理學(xué)家膽怯的挑戰(zhàn)，而

22、它同時(shí)也是最受歡迎的獵物”57.“時(shí)間的每個(gè)方向,向前或向后,在定律中都沒有區(qū)別，而這是一個(gè)巨大謎團(tuán)的起源.基礎(chǔ)物理學(xué)方程中并無時(shí)間方向的區(qū)別,這與我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)是不一致的”514.李斯莫林在時(shí)間重生一書的前言 “時(shí)間是什么”中則如此寫到:這個(gè)問題看似簡單,卻又無比重要,在我們探索宇宙奧秘的過程中,它首當(dāng)其沖,從宇宙大爆炸到宇宙的未來,從量子物理學(xué)的困惑到力與粒子的大統(tǒng)一,物理學(xué)家與宇宙學(xué)家面前的一切難題,歸根結(jié)底都是在問:時(shí)間是什么”6.基于時(shí)間形態(tài)理論,我們在該文中雖然已經(jīng)就天體運(yùn)行中的公轉(zhuǎn)和共面現(xiàn)象做了粗淺的分析,也涉及到了水星的進(jìn)動(dòng),哈雷彗星的周期性回歸等內(nèi)容,但這僅僅是宇宙模型中

23、天體運(yùn)行的一部分內(nèi)容,其他的相關(guān)內(nèi)容,比如行星為什么自轉(zhuǎn)地球的自轉(zhuǎn)為什么會(huì)變慢等,我們將在以后的文章中再作相關(guān)的闡釋.致謝 感謝 對論文的討論指正和審稿人的審稿參考文獻(xiàn)1 張一陽,張西震.四維時(shí)空下的宇宙模型（修訂稿）DB/OL. (2022-03-23). 國家科技圖書文獻(xiàn)中心2 張一陽, 張西震. 時(shí)間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算DB/OL. (2021-01-04). 國家科技圖書文獻(xiàn)中心3 伊薩克牛頓.(王科迪譯).自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理M.西安:陜西人民出版社,武漢出版社出版.2001:19-20 4 張?zhí)烊?愛因斯坦與萬物之理：統(tǒng)一路上的人和事M.北京:清華大學(xué)出版社.2016:前

24、言 5 布萊恩格林.（劉茗引譯）.宇宙的結(jié)構(gòu)：空間、時(shí)間以及真實(shí)的意義M.湖南：湖南科學(xué)技術(shù)出版社出版.2012:13、7、14 6 李斯莫林,(鐘益鳴譯).時(shí)間重生M.浙江人民出版社.2017:前言注1.在時(shí)間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算一文中,我們曾在如此標(biāo)注:（水星旋進(jìn)、地球的軌道偏離圓形及太陽到地球的距離正在變大等現(xiàn)象將在四維時(shí)空下的天體運(yùn)行一文中進(jìn)行進(jìn)一步的探討）,鑒于篇幅所限,該文僅就水星進(jìn)動(dòng)做了進(jìn)一步的闡釋.該文可看做四維時(shí)空下的天體運(yùn)行一文的一部分內(nèi)容.2.時(shí)間形態(tài)的可能性分析及其常數(shù)A的估算一文中“水星旋進(jìn)”一詞規(guī)范表述應(yīng)為“水星進(jìn)動(dòng)”.3.該文據(jù)原論文:張一陽,張西震.四維時(shí)空下星球公轉(zhuǎn)和軌道共面現(xiàn)象分析DB/OL.(2021-03-29).國家科技圖書文獻(xiàn)中心修訂.Analysis of the coplanar phenomenon of planetary revolution and orbit in four dimensional space time Zhang Yi-Yang 1) Zhang Xi-Zhen 2) 1) (Shanxian 274300, China.) 2) (Shanxian committee of CPPCC, Shanxian 274300, China.) AbstractForce is